EP0032335A1 - High-power electrical signals generator - Google Patents

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EP0032335A1
EP0032335A1 EP19800401809 EP80401809A EP0032335A1 EP 0032335 A1 EP0032335 A1 EP 0032335A1 EP 19800401809 EP19800401809 EP 19800401809 EP 80401809 A EP80401809 A EP 80401809A EP 0032335 A1 EP0032335 A1 EP 0032335A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
signal
load
circuit
circuits
niche
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19800401809
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Edmond Cord'homme
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales SA
Original Assignee
Thomson CSF SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thomson CSF SA filed Critical Thomson CSF SA
Publication of EP0032335A1 publication Critical patent/EP0032335A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/49—Combination of the output voltage waveforms of a plurality of converters
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B11/00—Generation of oscillations using a shock-excited tuned circuit
    • H03B11/04—Generation of oscillations using a shock-excited tuned circuit excited by interrupter
    • H03B11/10—Generation of oscillations using a shock-excited tuned circuit excited by interrupter interrupter being semiconductor device
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/20—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
    • H03F3/21—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/217—Class D power amplifiers; Switching amplifiers

Definitions

  • the cutting technique has the drawback of an efficiency of less than 80%, because of the large number of switching operations. These high power switches also produce significant radiated parasitic disturbances, which are often troublesome.

Abstract

Generator of electrical signals at power levels which may reach several tens of kW in particular for sinusoidal signals, up to several tens of kHz. The generator driven by the signal to be reproduced e(t) comprises in series with an output load (4) a chopper circuit (2) and at least one circuit (3) furnishing square waves of current i3 in the load (4) during the times for which e(t)>S and e(t)<-S, where S is a threshold voltage. The chopper circuit (2) furnishes rectangular voltage pulses of width proportional to the difference between the signal e(t) and a feedback signal coming from the output loop. After filtering, the chopper circuit (2) furnishes a signal i2 which is added to i3 to give the current it. Application to a generator for sonar having variable frequency and power. <IMAGE>

Description

L'objet de la présente invention est un générateur de signaux électriques à puissance élevée. Ce générateur pouvant fournir des signaux sinusoïdaux ou des signaux modulés en fréquence pour des fréquences pouvant atteindre plusieurs dizaines de kilohertz.The object of the present invention is a generator of high power electrical signals. This generator can provide sinusoidal signals or frequency modulated signals for frequencies up to several tens of kilohertz.

Les signaux fournis par un tel générateur peuvent être appliqués à des transducteurs électro-acoustiques, en particulier pour l'émission de signaux sonar, la puissance pouvant atteindre plusieurs dizaines de kilowatts. Pour ces puissances élevées il est important que le rendement soit élevé, de l'ordre de 90%, pour minimiser les volumes et poids des alimentations et pour simplifier les problèmes de refroidissement. Pratiquement il est généralement nécessaire que ces générateurs soient accordables en fréquence sur plusieurs octaves, que leur puissance puisse varier d'un facteur de 10 et que les distorsions du signal fourni soient inférieures à 5 %.The signals supplied by such a generator can be applied to electro-acoustic transducers, in particular for the emission of sonar signals, the power being able to reach several tens of kilowatts. For these high powers it is important that the efficiency is high, of the order of 90%, to minimize the volumes and weight of the power supplies and to simplify the cooling problems. In practice, it is generally necessary for these generators to be frequency tunable over several octaves, for their power to vary by a factor of 10 and for the distortions of the signal supplied to be less than 5%.

Il est connu d'utiliser pour générer des signaux électriques de grande puissance, des dispositifs comportant des amplificateurs de puissance, fonctionnant en classe D. Ce type d'amplificateurs utilise des éléments actifs, tubes ou transistors, fonctionnant en régime de commutation.It is known to use, to generate high power electrical signals, devices comprising power amplifiers, operating in class D. This type of amplifiers uses active elements, tubes or transistors, operating in switching mode.

Des trains d'impulsions rectangulaires de durée variable sont obtenues par commutation d'éléments actifs à partir d'une source de tension continue, la durée des impulsions étant proportionnelle à l'amplitude d'un signal de référence. De nombreux circuits utilisant cette technique dite "à découpage" ont été développés depuis 1955 et on peut se référer aux articles de D.PASQUIER paru dans "TOUTE L'ELECTRONIQUE", Janvier-Février 1968 ; et de N. CROWBURST paru dans "RADIO-ELECTRONICS",Rectangular pulse trains of variable duration are obtained by switching active elements from a DC voltage source, the duration of the pulses being proportional to the amplitude of a reference signal. Many circuits using this so-called "switching" technique have been developed since 1955 and we can refer to the articles by D. PASQUIER published in "ALL ELECTRONICS", January-February 1968; and N. CROWBURST published in "RADIO-ELECTRONICS",

Juillet 1965.July 1965.

Cette technique de découpage permet de fournir des signaux de faible distorsion dans une grande bande passante, pour une variation d'amplitude importante, à condition d'utiliser une fréquence de découpage suffisamment grande.This chopping technique makes it possible to supply signals of low distortion in a large bandwidth, for a significant amplitude variation, provided that a chopping frequency that is sufficiently large is used.

Par contre la technique de découpage présente l'inconvénient d'un rendement inférieur à 80 %, à cause du grand nombre des commutations. Ces commutations à forte puissance produisent en plus des perturbations parasites rayonnées importantes, qui sont souvent gênantes.On the other hand, the cutting technique has the drawback of an efficiency of less than 80%, because of the large number of switching operations. These high power switches also produce significant radiated parasitic disturbances, which are often troublesome.

Le générateur selon l'invention permet de remédier aux inconvénients de cette technique et en particulier d'obtenir un rendement voisin de 90 %, avec des rayonnements parasites réduits fortement par rapport à l'art antérieur.The generator according to the invention overcomes the drawbacks of this technique and in particular to obtain a yield close to 90%, with parasitic radiation greatly reduced compared to the prior art.

Le générateur suivant l'invention comprend d'une part un amplificateur à découpage et d'autre part au moins un amplificateur tel, qu'il fournit un courant continu pendant une durée égale à l'intervalle de temps séparant deux passages du signal de référence à une amplitude préétablie. Ce dernier type d'"amplificateur à créneau" appelé par la suite "circuit à créneau" est connu notamment, par le brevet U.S. de W.Mac MURRAY, n° 3,581,212 publié le 25 Mai 1971.The generator according to the invention comprises on the one hand a switching amplifier and on the other hand at least one amplifier such that it supplies a direct current for a duration equal to the time interval separating two passages of the reference signal at a preset amplitude. The latter type of "niche amplifier", hereinafter called "niche circuit", is known in particular from the U.S. patent of W. Mac Murray, No. 3,581,212 published on May 25, 1971.

Brièvement c'est un générateur de signaux électriques 1 fournissant une puissance pouvant atteindre plusieurs dizaines de kilowatts à une charge 4, piloté par un signal de forme e(t), t étant le temps, le courant dans la charge 4 étant sensiblement proportionnelle au signal pilote e(t), e(t) pouvant être une sinusoïde de fréquence pouvant atteindre plusieurs dizaines de kHz et comportant un circuit 2. fournissant à la charge 4 des impulsions rectangulaires de largeur variable, ce circuit étant appelé circuit à découpage, caractérisé par le fait que ce générateur comporte en outre n circuits appelés circuits à créneau, 3.1, 3.2, ...,3.n, où n est un entier supérieur ou égal à 1, chacun des circuits à créneau fournissant des créneaux de courant à la charge 4 et qu'un circuit 20 fournit des tensions de seuil réglables S1, S2, ... , Sn, que des comparateurs comparent le signal e(t) aux seuils S11 S2, ..., Sn, commandant la conduction et le blocage d'éléments actifs dans les circuits à créneau 3.1, 3.2,...,3.n et que des sources de tension continue dans chacun de ces circuits fournissent des courants à la charge 4 dans un sens positif, si e(t)>Si et un courant dans le sens négatif si e(t)<-Si et que le circuit à découpage 2 fournit à la charge des impulsions de courant de largeur proportionnelle à la différence du signal pilote et d'un signal égal à la somme des tensions de seuil des circuits à créneau 3.1, 3.2,...,3.n en fonction.Briefly, it is an electrical signal generator 1 providing a power of up to several tens of kilowatts at a load 4, controlled by a signal of form e (t), t being time, the current in the load 4 being substantially proportional to the pilot signal e (t), e (t) being able to be a sinusoid of frequency which can reach several tens of kHz and comprising a circuit 2. providing to the load 4 rectangular pulses of variable width, this circuit being called switching circuit, characterized by the fact that this generator further comprises n circuits called niche circuits, 3.1, 3.2, ..., 3.n, where n is an integer greater than or equal to 1, each of the niche circuits providing current niches to load 4 and that a circuit 20 supplies adjustable threshold voltages S 1 , S 2 , ..., S n , that comparators compare the signal e (t) with the thresholds S 11 S 2 , ..., S n , controlling the conduction and blocking of active elements in the niche circuits 3.1, 3.2, ..., 3.n and that sources of DC voltage in each of these circuits supply currents to the load 4 in a positive direction, if e (t)> S i and a current in the negative direction if e (t) <- S i and the switching circuit 2 supplies the load with current pulses of width proportional to the signal difference pilot and a signal equal to the sum of the threshold voltages of the niche circuits 3.1, 3.2, ..., 3.n in operation.

D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre donnée à titre d'exemple et illustrée par les figures qui représentent:

  • - la figure 1, un schéma général du générateur suivant l'invention ;
  • - la figure 2, le schéma d'un exemple de réalisation de l'invention comprenant un circuit à découpage et un "circuit à créneau"
  • - la figure 3, les signaux temporels de commutation du circuit à découpage et du circuit à créneau ;
  • - la figure 4, les signaux temporels des courants fournis par le générateur suivant l'invention ;
Other characteristics and advantages will emerge from the description which follows, given by way of example and illustrated by the figures which represent:
  • - Figure 1, a general diagram of the generator according to the invention;
  • - Figure 2, the diagram of an exemplary embodiment of the invention comprising a switching circuit and a "niche circuit"
  • - Figure 3, the switching time signals of the switching circuit and the square wave circuit;
  • - Figure 4, the time signals of the currents supplied by the generator according to the invention;

La figure 1, montre un schéma général d'un générateur, suivant l'invention. Un signal pilote e(t), dont il faut reproduire la forme à forte puissance est fourni par un circuit 1. Le signal est appliqué par la connexion E1, d'une part à un circuit à découpage 2 et d'autre part, à des circuits à créneau 3.1,3.2,..,3.n. Un circuit 20 fournit des tensions de seuils S1,S2,..Sn qui commandent respectivement les commutations des circuits 3.1,3.2,..,3.n. Chacun de ces circuits à créneau ainsi que le circuit à découpage 2 contient une alimentation continue. Les courants fournis par les circuits 2, 3.1, 3.2,...,3.n s'ajoutent dans la charge 4.Figure 1 shows a general diagram of a generator according to the invention. A pilot signal e (t), the shape of which must be reproduced at high power is supplied by a circuit 1. The signal is applied by the connection E 1 , on the one hand to a switching circuit 2 and on the other hand, to niche circuits 3.1,3.2, .., 3.n. A circuit 20 supplies threshold voltages S 1 , S 2 , .. S n which respectively control the switching of the circuits 3.1,3.2, .., 3.n. Each of these niche circuits as well as the switching circuit 2 contains a continuous supply. The currents supplied by circuits 2, 3.1, 3.2, ..., 3.n are added to load 4.

La figure 2 montre un exemple de réalisation du générateur, suivant l'invention. Il comprend le circuit à découpage 2 ainsi que le circuit de commutation à créneau 3. Sur cette figure on n'a représenté qu'un seul circuit de commutation à créneau..Figure 2 shows an embodiment of the generator according to the invention. It includes the switching circuit 2 as well as the niche switching circuit 3. In this figure, only one niche switching circuit is shown.

Le circuit 20 fournit la tension de seuil positive S, ainsi que la tension de seuil négative -S. La tension du signal de référence e(t) généré par le circuit 1 de la figure 1 est appliqué entre l'entrée E1 et la masse M. Les comparateurs 21 et 22 comparent la tension pilote e(t) aux seuils S et -S, fournissant respectivement les signaux binaires R2 et R4. On aura ainsi R2 = 1 si e(t)<S et R4 = 1 si e(t)>-S. Les signaux binaires R2 et R4 sont appliqués à des inverseurs 23 et 24 fournissant les signaux binaires R1 = R 2 et R3 = R 4.The circuit 20 supplies the positive threshold voltage S, as well as the negative threshold voltage -S. The voltage of the reference signal e (t) generated by the circuit 1 of FIG. 1 is applied between the input E 1 and the ground M. The comparators 21 and 22 compare the pilot voltage e (t) to the thresholds S and - S, respectively providing the binary signals R 2 and R 4 . We will thus have R 2 = 1 if e (t) <S and R 4 = 1 if e (t)> - S. Binary signals R 2 and R 4 are applied to inverters 23 and 24 providing the binary signals R 1 = R 2 and R 3 = R 4 .

Les 4 éléments actifs de commutation I1, I2, I3 et I4 qui sont préférentiellement des transistors fonctionnant en régime de commutation, reçoivent res- pectivement les signaux R1, R2, R3 et R4 ; ainsi l'élé- ment actif I1 doivent conducteur s'il reçoit sur sa base un signal R1=1.4 switching active elements I 1, I 2, I 3 and I 4 that are preferably transistors operating in switching mode, receive ectively p res- R 1 signals, R 2, R 3 and R 4; thus the active element I 1 must conduct if it receives on its base a signal R 1 = 1.

Une alimentation (non représentée) fournit la tension continue entre les entrées V+ et V-. Les émetteurs des transistors I1 et I3 sont reliés à l'entrée V+ et les collecteurs des transistors I2 et I4 à l'entrée V-. Des diodes 25 et 26 sont placées en parallèle entre collecteurs et émetteurs des transistors I2 et I4. Les diodes sont conductrices dans le sens collecteur vers émetteur.A power supply (not shown) supplies the DC voltage between the V + and V - inputs. The emitters of the transistors I 1 and I 3 are connected to the input V + and the collectors of the transistors I 2 and I 4 to the input V - . Diodes 25 and 26 are placed in parallel between collectors and emitters of transistors I 2 and I 4 . The diodes are conductive in the collector direction to transmitter.

Le circuit à découpage 2 comprend suivant l'invention les mêmes éléments que le circuit à créneau, notamment les éléments actifs J1, J2, J3 et J4, les diodes 34 et 35, les comparateurs 27 et 28, ainsi que les inverseurs 29 et 30. La charge 4 est reliée par le conducteur 203 en N au collecteur de l'élément actif I3 et à l'émetteur de l'élément actif I4. Cette charge est reliée d'autre part par le conducteur 204 et l'élément de self-induction 33 en 0 à l'émetteur de l'élément actif J2 et au collecteur de l'élément actif J1. Le point commun P de l'émetteur du transistor J4 et du collecteur du transistor J3 est relié au point commun M de l'émetteur du transistor 14 et du collecteur I3.The switching circuit 2 comprises according to the invention the same elements as the crenel circuit, in particular the active elements J 1 , J 2 , J 3 and J 4 , the diodes 34 and 35, the comparators 27 and 28, as well as the inverters 29 and 30. The load 4 is connected by the conductor 203 at N to the collector of the active element I 3 and to the emitter of the active element I 4 . This load is connected on the other hand by the conductor 204 and the self-induction element 33 at 0 to the emitter of the active element J 2 and to the collector of the active element J 1 . The common point P of the emitter of transistor J 4 and of the collector of transistor J 3 is connected to the common point M of the emitter of transistor 1 4 and of collector I3.

Une tension de contre-réaction aux bornes de la self- induction 33 est ramenée à l'entrée E2 par l'intermédiaire de la résistance 32. A cette entrée E2 se trouve appliquée en plus,la tension de référence e(t), par l'intermédiaire de la résistance 31.A feedback voltage across the terminals of the self-induction 33 is brought to the input E 2 via the resistor 32. To this input E 2 is applied in addition, the reference voltage e (t) , via resistor 31.

C'est la tension en E2, e2(t) , qui est comparée à la tension de la masse M dans les comparateurs 27 et 28. Ainsi si e2(t)<0 le comparateur 27 fournit le signal binaire Q2=1 et par l'inverseur 29, Q1=0. Si e2(t)>0 le comparateur 28 fournit le signal binaire Q4=1 et par l'inverseur Q3=0. Les signaux binaires Q1, Q2, Q3 et Q4 commandent les transistors J1,J2'J3 et J4' It is the voltage in E 2 , e 2 (t), which is compared to the voltage of the ground M in the comparators 27 and 28. Thus if e 2 (t) <0 the comparator 27 provides the binary signal Q 2 = 1 and by the inverter 29, Q 1 = 0. If e 2 (t)> 0 comparator 28 supplies the binary signal Q 4 = 1 and through the inverter Q 3 = 0. Binary signals Q 1 , Q 2 , Q 3 and Q 4 control the transistors J 1 , J 2 ' J 3 and J 4'

Le circuit de découpage reçoit une tension continue entre les entrées W+, sur les émetteurs des transistors J1 et J3, et W- sur les collecteurs des transistors J2 et J 4.The chopping circuit receives a direct voltage between the inputs W + , on the emitters of the transistors J 1 and J 3 , and W - on the collectors of the transistors J 2 and J 4 .

La figure 3 montre les signaux de commutation du montage de la figure 2. Pour simplifier on a pris un signal pilote e(t) sinusoidal de période T, t0 étant pris pour origine des temps. Dans l'intervalle t0 à t1, les transistors 12 et 14 conduisent tandis que les transistors I1 et 13 sont bloqués, aucun courant ne peut circuler. Lorsque e(t) atteint le seuil S au temps t1, R1 et R2 deviennent respectivement égaux à 1 et à 0 entraînant la conduction du transistor I1 et le blocage du transistor I2, un courant i3 fourni par la source de pôles V+ et V- va circuler dans la charge dans le sens M vers N dans l'intervalle t1 à t2. Puis lorsque e(t) atteint de nouveau le seuil S au temps t2 , les transistors I1 et 12 deviennent respectivement bloqué et conducteur et le courant est coupé.Figure 3 shows the switching signals of the assembly of Figure 2. For simplicity we took a pilot signal e (t) sinusoidal of period T, t 0 being taken as the origin of times. In the interval t 0 to t 1 , transistors 1 2 and 1 4 conduct while transistors I 1 and 1 3 are blocked, no current can flow. When e (t) reaches the threshold S at time t 1 , R 1 and R 2 respectively become equal to 1 and to 0 causing the conduction of the transistor I 1 and the blocking of the transistor I 2 , a current i 3 supplied by the source of poles V + and V - will flow in the load in the direction M towards N in the interval t 1 to t 2 . Then when e (t) again reaches the threshold S at time t 2 , the transistors I 1 and 1 2 become respectively blocked and conductive and the current is cut.

De même pendant l'alternance négative de-e(t), le circuit 3 fournit un courant i3 en sens opposé dans l'in- tervalle t 4 à t5 pendant lequel e(t)<-S.Similarly during the negative alternation of-e (t), circuit 3 supplies a current i 3 in the opposite direction in the interval t 4 to t 5 during which e (t) <- S.

Le circuit à découpage 2 fournit à la charge de sortie 4 des impulsions de la tension d'alimentation, dont la durée est modulée en fonction de la valeur instantanée de l'amplitude e(t) du signal pilote. La tension de référence qui est appliquée aux comparateurs 27 et 28 étant ·nulle, immédiatement après l'instant to le comparateur 27 fournit le signal Q1 = 1 entraînant la conduction de l'élément J1 et le blocage de l'élément J2, (Q2=0). Le courant fourni vers la charge de sortie croît exponentiellement avec une constante de temps qui est imposée par la self-induction 33 et la résistance de la charge 4. La tension en contre-réaction au signal pilote et la constante de temps sont choisies pour que cette contre-réaction produise une tension décroissante au niveau de l'entrée E2 des comparateurs. De la sorte, lorsque cette tension devient inférieure à zéro, le comparateur fournit les signaux entraînant le blocage de J1 (Q1=0) et la conduction de J2 (Q2=1).The switching circuit 2 supplies the output load 4 with pulses of the supply voltage, the duration of which is modulated as a function of the instantaneous value of the amplitude e (t) of the pilot signal. The reference voltage which is applied to the comparators 27 and 28 being · zero, immediately after the instant to the comparator 27 provides the signal Q 1 = 1 causing the conduction of the element J 1 and the blocking of the element J 2 , (Q 2 = 0). The current supplied to the output load increases exponentially with a time constant which is imposed by the self-induction 33 and the resistance of the load 4. The voltage in feedback to the pilot signal and the time constant are chosen so that this feedback produces a decreasing voltage at the input E 2 of the comparators. In this way, when this voltage becomes less than zero, the comparator provides the signals causing the blocking of J 1 (Q 1 = 0) and the conduction of J 2 (Q 2 = 1).

La tension en sortie croît alors à nouveau pour redécroître ensuite entraînant un nouveau cycle de conduction-blocage des éléments J1 et J2 mais dans un inter- valle de temps plus grand que le précédent du fait que l'amplitude du signal pilote croît moins rapidement.The output voltage then increases again to then decrease again, leading to a new conduction-blocking cycle of the elements J 1 and J 2 but in an inter- valle of time greater than the preceding one because the amplitude of the pilot signal increases less quickly.

On obtient ainsi entre les instants t0 et t1, des durées de conduction qui augmentent jusqu'à ce que le circuit à créneau soit activé à l'instant t1, ajoutant dans la charge 4 une tension égale à sa tension d'alimentation. Ensuite, le processus décrit précédemment se répète de sorte que la tension aux bornes 0 et P du circuit à découpage 3 est formée de créneaux dont la largeur varie proportionnellement à l'amplitude du signal pilote entre les instants t0 et t1, t2 et t3 tandis qu'elle varie proportionnellement à la différence entre cette amplitude et la tension de seuil S dans l'intervalle t1 et t2.We thus obtain between instants t 0 and t 1 , conduction durations which increase until the grating circuit is activated at time t 1 , adding to the load 4 a voltage equal to its supply voltage . Then, the process described above is repeated so that the voltage at terminals 0 and P of the switching circuit 3 is formed by slots whose width varies in proportion to the amplitude of the pilot signal between the times t 0 and t 1 , t 2 and t 3 while it varies in proportion to the difference between this amplitude and the threshold voltage S in the interval t 1 and t 2 .

Lorsque la tension du signal pilote devient négative, le fonctionnement reste identique, les éléments J1 et J2 étant respectivement bloqué et conducteur tandis que les éléments J3 et J4 sont rendus alternativement conducteurs comme décrit précédemment pour les éléments J1 et J2.When the voltage of the pilot signal becomes negative, the operation remains identical, the elements J 1 and J 2 being respectively blocked and conductive while the elements J 3 and J 4 are made alternately conductive as described above for the elements J 1 and J 2 .

Lorsque le circuit à découpage est en fonction tandis que le circuit à créneau ne l'est pas, ce dernier doit présenter aux bornes M et N une impédance nulle. Ce résultat est obtenu grâce aux deux diodes 25 et 26 en parallèle sur les éléments 12 et 14 qui étant conducteurs forment respectivement avec les diodes 26 et 25 deux boucles conductrices. De même lorsque le circuit à créneau est en fonction tandis que le circuit à découpage ne l'est pas, le même résultat est obtenu aux deux bornes 0 et P grâce aux deux diodes 34 et 35.When the switching circuit is in operation while the niche circuit is not, the latter must have a zero impedance at terminals M and N. This result is obtained by the two diodes 25 and 26 in parallel on the elements 1 2 and 1 4 which being conductive form respectively with the diodes 26 and 25 two conductive loops. Likewise, when the square-wave circuit is in operation while the switching circuit is not, the same result is obtained at the two terminals 0 and P thanks to the two diodes 34 and 35.

La figure 4 représente schématiquement les courants fournis dans la boucle de sortie 203 par le circuit à créneau i31 (fig.4a) et le circuit à découpage i2 (fig.4b), de manière à reproduire la tension sinusoïdale i4 (fig.4c). L'allure du courant dû au circuit à découpage figurée schématiquement en 4b tient compte de l'intégration produite par la self-induction 33 et la charge 4. Notons que si l'amplitude du signal pilote n'atteint pas le seuil de tension S, seul le circuit à découpage est en fonction.FIG. 4 schematically represents the currents supplied in the output loop 203 by the crenellated circuit i 31 (fig.4a) and the switching circuit i 2 (fig.4b), so as to reproduce the sinusoidal voltage i 4 (fig .4c). The current pattern due to switching circuit shown schematically in 4b takes into account the integration produced by the self-induction 33 and the load 4. Note that if the amplitude of the pilot signal does not reach the voltage threshold S, only the switching circuit is in office.

Lorsque le générateur comporte plusieurs circuits à créneau le nombre de circuits en fonction à un moment donné, dépend de l'amplitude du signal pilote à ce moment et que lorsque tous les circuits fonctionnent, le générateur fournit.la puissance maximale.When the generator has several slot circuits, the number of circuits in operation at a given time depends on the amplitude of the pilot signal at that time and when all the circuits are working, the generator supplies the maximum power.

Suivant une variante de l'invention, les sorties M, N du circuit à créneau et 0, P du circuit à découpage sont reliés chacun aux enroulements primaires de trans- formatéurs dont les enroulements secondaires sont en série dans le circuit de la charge 4.According to a variant of the invention, the outputs M, N of the square-wave circuit and 0, P of the switching circuit are each connected to the primary windings of transformers whose secondary windings are in series in the circuit of the load 4.

On a décrit ainsi un générateur de grande puissance à bon rendement. En effet, chaque circuit à créneau possède un très bon rendement,de l'ordre de 90 %, à cause du nombre de commutations réduit qu'il met en oeuvre. Ainsi pour un signal dont l'amplitude au cours d'une demi-période ne présente qu'un seul maximum, ce qui est souvent le cas, le nombre de commutations d'un élément est égal à 2 pendant cette demi-période. Par conséquent, le générateur possède un très bon rendement à puissance maximale, d'autant plus élevé que le nombre de circuits à créneau est grand. Ce rendement est obtenu avec un taux de distorsion réduit, dû à la présence du circuit à découpage fonctionnant avec une fréquence de découpage élevée. De plus la modulation du signal sortie est aisée, le fonctionnement des circuits à créneau s'arrêtant successivement lorsque l'amplitude du signal diminue et le fonctionnement du circuit à découpage garantissant un taux de distorsion encore faible même si tous les circuits à créneau sont arrêtés.A high power generator with good efficiency has thus been described. Indeed, each niche circuit has a very good efficiency, of the order of 90%, because of the reduced number of switching operations that it implements. Thus for a signal whose amplitude during a half-period has only one maximum, which is often the case, the number of switching operations of an element is equal to 2 during this half-period. Consequently, the generator has a very good efficiency at maximum power, the higher the greater the number of niche circuits. This efficiency is obtained with a reduced distortion rate, due to the presence of the switching circuit operating with a high switching frequency. In addition, the modulation of the output signal is easy, the operation of the square-wave circuits stopping successively when the signal amplitude decreases and the operation of the switching circuit guaranteeing a still low distortion rate even if all the square-wave circuits are stopped. .

Expérimentalement, on a montré avec un générateur comportant trois circuits à créneau combinés avec un circuit à découpage, que le signal de sortie peut être -atténué de 20dB environ dans les mêmes conditions de qualité , qu'avec un générateur comportant un seul circuit à découpage, dont le signal de sortie ne serait atténué que de lOdB. En outre, un circuit peut tomber en panne sans affecter le fonctionnement des autres. Enfin, chaque circuit peut être muni d'une contre-réaction de manière qu'il soit possible de faire fonctionner indifféremment un circuit soit en régime de découpage, soit en régime de créneau : le générateur devient donc reconfigurable en cas de panne d'un circuit pour assurer encore un fonctionnement dans de bonnes conditions.Experimentally, it has been shown with a generator comprising three square-wave circuits combined with a switching circuit, that the output signal can be attenuated by approximately 20 dB under the same quality conditions, as with a generator comprising a single switching circuit. , whose output signal would only be attenuated by lOdB. In addition, one circuit can fail without affecting the operation of the others. Finally, each circuit can be provided with a feedback so that it is possible to operate either a circuit either in cutting mode or in slot mode: the generator therefore becomes reconfigurable in the event of failure of a circuit to still ensure operation in good conditions.

Claims (4)

1 - Générateur de signaux électriques (1) fournissant une puissance pouvant atteindre plusieurs dizaines de kilowatts à une charge (4), piloté par un signal de forme e(t), t étant le temps, le courant dans la charge (4) étant sensiblement proportionnel au signal pilote e(t), e(t) pouvant être une sinusoïde de fréquence pouvant atteindre plusieurs dizaines de kHz et comportant un circuit (2) fournissant à la charge (4) des impulsions rectangulaires de largeur variable, ce circuit étant appelé circuit à découpage, caractérisé par le fait que ce générateur comporte en combinaison avec le circuit à découpage n circuits appelés circuits à créneau, (3.1,3.2,...,3.n),où n est un entier supérieur ou égal à 1, Chacun des circuits à créneau fournissant des créneaux de courant à la charge (4) et qu'un circuit (20) fournit des tensions de seuil réglables S1, S2,...,Sn, que des comparateurs comparent le signal e(t) aux seuils S1, 52,...,Sn, commandant la conduction et le blocage d'éléments actifs dans les circuits à créneau (3.1, 3.2,..., 3.n) et que des sources de tension continue dans chacun de ces circuits fournissent des courants à la charge (4) dans un sens positif, si e(t)>Si et un courant dans le sens négatif si e(t)>Si et un courant dans le sens négatif si e(t)<-Si et que le circuit à découpage (2) fournit à la charge des impulsions de courant de largeur proportionnelle à la différence du signal pilote et d'un signal égal à la somme des tensions de seuil des circuits à créneau (3.1, 3.2,...,3.n) en fonction.1 - Generator of electrical signals (1) supplying a power of up to several tens of kilowatts to a load (4), controlled by a signal of form e (t), t being time, the current in the load (4) being substantially proportional to the pilot signal e (t), e (t) possibly being a sinusoid of frequency which can reach several tens of kHz and comprising a circuit (2) supplying to the load (4) rectangular pulses of variable width, this circuit being called switching circuit, characterized in that this generator comprises in combination with the switching circuit n circuits called niche circuits, (3.1,3.2, ..., 3.n), where n is an integer greater than or equal to 1, each of the niche circuits supplying current niches to the load (4) and that one circuit (20) provides adjustable threshold voltages S 1 , S 2 , ..., S n , which comparators compare the signal e (t) at thresholds S 1 , 5 2 , ..., S n , controlling the conduction and blocking of element nts active in niche circuits (3.1, 3.2, ..., 3.n) and that direct voltage sources in each of these circuits supply currents to the load (4) in a positive direction, if e (t )> S i and a current in the negative direction if e (t)> S i and a current in the negative direction if e (t) <- S i and the switching circuit (2) supplies pulses to the load of current of width proportional to the difference of the pilot signal and of a signal equal to the sum of the threshold voltages of the niche circuits (3.1, 3.2, ..., 3.n) in function. 2 - Générateur de signaux électriques suivant la revendication 1, caractérisé par le fait.que chacun des circuits à créneau (3) comprend quatre commutateurs à éléments actifs (I1, I2, I3 et I4) formant un circuit en pont dont les sommets d'une diagonale sont connectés à une alimentation continue V+ et V- et dont les sommets M et N de l'autre diagonale sont connectés à la charge, que les diodes (25, 26) sont placées en parallèle sur les commutateurs I2 et I4 le sens passant étant de la sortie V- aux points M et N, qu'un premier comparateur (21) recevant le signal e(t) et la tension de seuils fournit un signal de commande binaire R2 commandant le commutateur I2, un signal R1 fourni par un inverseur recevant le signal R2 commande le commutateur I1, un deuxième comparateur (22) recevant le signal e(t) et la tension de seuil -S fournit de même avec un deuxième inverseur (24) les signaux de commandes binaires R3 et R4 des commutateurs I3 et I4.2 - Generator of electrical signals according to claim 1, characterized in that each of the niche circuits (3) comprises four active element switches (I 1 , I 2 , I 3 and I 4 ) forming a bridge circuit including the vertices of a diagonal are connected to a continuous supply V + and V - and the vertices M and N of the other diagonal of which are connected to the load, that the diodes (25, 26) are placed in parallel on the switches I 2 and I 4 in the forward direction being from the output V - at points M and N, that a first comparator (21) receiving the signal e (t) and the threshold voltage supplies a binary command signal R 2 controlling the switch I 2 , a signal R 1 supplied by an inverter receiving the signal R 2 controls the switch I 1 , a second comparator (22) receiving the signal e (t) and the threshold voltage -S likewise provides with a second inverter (24) the binary control signals R 3 and R 4 of switches I 3 and I 4 . 3- Générateur de signaux électriques suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que le circuit à découpage (2) comprend quatre commutateurs J1, J2, J3 et J4 montés de façon analogue aux commutateurs I1, I2, 13 et I4, qu'une sortie 0 du circuit à découpage est reliée à la charge par intermédiaire d'une self-induction (33), que des comparateurs (27, 28) et des inverseurs (29,30) fournissent les signaux de commande Q1' Q2' Q3 et Q4 des commutateurs J1, J2, J3 et J4, que les bornes négatives du troisième comparateur (27) et la borne positive du quatrième comparateur (28) sont reliées à la tension e(t) où est ramenée une contre-réaction par la tension aux bornes de la self-induction (33) les deux autres bornes des comparateurs étant reliées à la tension nulle de la masse (M).3- electrical signal generator according to claim 2, characterized in that the switching circuit (2) comprises four switches J 1 , J 2 , J 3 and J 4 mounted analogously to the switches I 1 , I 2 , 1 3 and I 4 , that an output 0 of the switching circuit is connected to the load by means of a self-induction (33), that comparators (27, 28) and inverters (29, 30) supply the signals control Q 1 ' Q 2' Q 3 and Q 4 of the switches J 1 , J 2 , J 3 and J 4 , that the negative terminals of the third comparator (27) and the positive terminal of the fourth comparator (28) are connected to the voltage e (t) where a feedback is brought back by the voltage across the terminals of the self-induction (33) the other two terminals of the comparators being connected to the zero voltage of the ground (M). 4 - Générateur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les bornes de sortie de chaque circuit à créneau (3.1, 3.2,... , 3.n) ainsi que du circuit à découpage (2) sont reliés à des enroulements primaires de transformateurs et que les enroulements secondaires de tous ces transformateurs sont en série avec la charge (4).4 - Generator according to claim 1, characterized in that the output terminals of each niche circuit (3.1, 3.2, ..., 3.n) as well as the switching circuit (2) are connected to primary windings of transformers and that the secondary windings of all these transformers are in series with the load (4).
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